Nel 1905 viene pubblicato un articolo da Albert Einstein che rivoluziona(in termini scientifici) l'umanità.L'articolo trattava la teoria della relatività ristretta formulata dallo stesso Einstein che la definì "il mio più grande sforzo". Egli introduce due postulati primo postulato (principio di relatività): tutte le leggi fisiche sono le stesse in tutti i sistemi di riferimento inerziali;secondo postulato (invarianza della luce): la velocità della luce nel vuoto ha lo stesso valore in tutti i sistemi di riferimento inerziali, indipendentemente dalla velocità dell'osservatore o dalla velocità della sorgente di luce.
E = mc2
La nota formula relativistica E = mc2 prende in considerazione:
E = energia cinetica, espressa in joule (= N·m = W·s = Kg· m²/s²);
m = massa, espressa in chilogrammi (Kg);
c = velocità della luce, espressa in m/s (299 792 458 m/s, generalmente approssimata a 300 000 000 m/s). Pertanto c2 ≈ 9 × 1016 m²/s².
Diventa quindi facile capire come massa ed energia si equivalgano e come esse siano due facce della stessa medaglia. La teoria della relatività ci fornisce, quindi, un'altra sorpresa: poiché la massa non è altro che una forma di energia, essa non si conserva separatamente, ma si aggiunge all'energia cinetica e all'energia potenziale nell'enunciare la conservazione dell'energia meccanica.
L'enorme fattore di conversione che lega la massa e l'energia spiega come concentrando un grosso quantitativo di energia si possa creare una piccola quantità di materia (= E/c2), e anche come partendo da una piccolissima massa si possa ottenere molta energia. Basti pensare che un solo grammo di materia equivale a 90 000 miliardi di joule (9 × 1013 J = 90 000 000 MJ = 90 000 GJ = 90 TJ). Poiché 1 kWh = 3,6 × 106 joule = 3 600 000 joule, un grammo di materia equivale a 25 000 000 kWh (= 25 000 MW h = 25 GW h).
La conversione di un chilogrammo di materia (equivalente a 90 000 TJ, ossia a 25 miliardi di kW h = 25 000 000 MWh = 25 000 GWh = 25 TW h) coprirebbe, in pratica, il consumo annuale di energia elettrica in Italia, che nel 2004 è stato in media di 25 374 GWh (nell'intero anno 2004 è stato di 304 490 GW h). L'equivalenza massa – energia ha dimostrato la sua potenza, in maniera devastante, con le bombe atomiche. La bomba di Hiroshima ha sprigionato una potenza di 13 kilotoni, che equivalgono a 54,6 TJ (13 × 4,2 × 10¹² J); ma questa energia rappresenta soltanto il 60% di quella che sarebbe sprigionata dalla conversione di un solo grammo di materia (90 TJ).
In effetti persino durante l'esplosione di una bomba atomica solo la minima parte della massa totale del materiale fissile viene convertita in energia. Il fenomeno della completa e immediata conversione della materia in energia potrebbe verificarsi soltanto nel caso in cui la materia entrasse in contatto con l'antimateria, annichilendosi completamente.
Nei processi fisici che non coinvolgono reazioni nucleari è possibile enunciare una legge di conservazione della massa, scoperta da Lavoisier, e della legge di conservazione dell'energia (primo principio della termodinamica), alla cui scoperta hanno contribuito nella seconda metà del 1800 diversi scienziati (Joule, Carnot, Thomson, Clausius e Faraday): nulla si crea e nulla si distrugge, ma tutto si trasforma. Einstein, però, ha compreso e dimostrato che il principio di conservazione, complessivamente inteso, coinvolge la materia-energia, considerate non più come due realtà separate bensì unitariamente, dato che l'una può trasformarsi nell'altra secondo una precisa relazione matematica.
La formula E = mc2 esprime in qualsiasi sistema di riferimento l'energia totale di una particella ferma rispetto a quel particolare sistema di riferimento.
E = mc2
La nota formula relativistica E = mc2 prende in considerazione:
E = energia cinetica, espressa in joule (= N·m = W·s = Kg· m²/s²);
m = massa, espressa in chilogrammi (Kg);
c = velocità della luce, espressa in m/s (299 792 458 m/s, generalmente approssimata a 300 000 000 m/s). Pertanto c2 ≈ 9 × 1016 m²/s².
Diventa quindi facile capire come massa ed energia si equivalgano e come esse siano due facce della stessa medaglia. La teoria della relatività ci fornisce, quindi, un'altra sorpresa: poiché la massa non è altro che una forma di energia, essa non si conserva separatamente, ma si aggiunge all'energia cinetica e all'energia potenziale nell'enunciare la conservazione dell'energia meccanica.
L'enorme fattore di conversione che lega la massa e l'energia spiega come concentrando un grosso quantitativo di energia si possa creare una piccola quantità di materia (= E/c2), e anche come partendo da una piccolissima massa si possa ottenere molta energia. Basti pensare che un solo grammo di materia equivale a 90 000 miliardi di joule (9 × 1013 J = 90 000 000 MJ = 90 000 GJ = 90 TJ). Poiché 1 kWh = 3,6 × 106 joule = 3 600 000 joule, un grammo di materia equivale a 25 000 000 kWh (= 25 000 MW h = 25 GW h).
La conversione di un chilogrammo di materia (equivalente a 90 000 TJ, ossia a 25 miliardi di kW h = 25 000 000 MWh = 25 000 GWh = 25 TW h) coprirebbe, in pratica, il consumo annuale di energia elettrica in Italia, che nel 2004 è stato in media di 25 374 GWh (nell'intero anno 2004 è stato di 304 490 GW h). L'equivalenza massa – energia ha dimostrato la sua potenza, in maniera devastante, con le bombe atomiche. La bomba di Hiroshima ha sprigionato una potenza di 13 kilotoni, che equivalgono a 54,6 TJ (13 × 4,2 × 10¹² J); ma questa energia rappresenta soltanto il 60% di quella che sarebbe sprigionata dalla conversione di un solo grammo di materia (90 TJ).
In effetti persino durante l'esplosione di una bomba atomica solo la minima parte della massa totale del materiale fissile viene convertita in energia. Il fenomeno della completa e immediata conversione della materia in energia potrebbe verificarsi soltanto nel caso in cui la materia entrasse in contatto con l'antimateria, annichilendosi completamente.
Nei processi fisici che non coinvolgono reazioni nucleari è possibile enunciare una legge di conservazione della massa, scoperta da Lavoisier, e della legge di conservazione dell'energia (primo principio della termodinamica), alla cui scoperta hanno contribuito nella seconda metà del 1800 diversi scienziati (Joule, Carnot, Thomson, Clausius e Faraday): nulla si crea e nulla si distrugge, ma tutto si trasforma. Einstein, però, ha compreso e dimostrato che il principio di conservazione, complessivamente inteso, coinvolge la materia-energia, considerate non più come due realtà separate bensì unitariamente, dato che l'una può trasformarsi nell'altra secondo una precisa relazione matematica.
La formula E = mc2 esprime in qualsiasi sistema di riferimento l'energia totale di una particella ferma rispetto a quel particolare sistema di riferimento.
